Návrh dřevěné lávky

• Foto

Obliba dřevěných konstrukcí se v České republice zejména v posledních letech značně zvýšila. Vzestup míry využití dřeva jako vhodného materiálu je spojen především s rozvojem jeho použití ve stavebnictví (Kuklík, 2005). Dřevěné konstrukce (dle ČSN 73 6200 (2011)) se obecně stavební konstrukce považuje za dřevěnou, pokud je dřevo převládajícím materiálem použitým na nosné prvky) jsou schopny vyhovět současným vysokým požadavkům na ekologii, obnovitelnost zdrojů i ekonomickou stránku výstavby. Mezi další nesporné výhody dřevěných konstrukcí patří nízké výrobní, přepravní a montážní náklady a také relativně nízké náklady na jejich zakládání, podpěry a opěry. K výčtu pozitivních vlastností dřevěných konstrukcí můžeme přidat také nízkou vlastní hmotnost a jednoduchou a rychlou montáž. Dalším důvodem, proč se zvyšuje zastoupení dřevěných konstrukcí, je vývoj nových materiálů na bázi dřeva, spojovacích prostředků, lepidel či povrchových úprav (Kuklík, 2001). V případě konstrukce lávek se poslední dobou nejvíce uplatňuje lepené lamelové dřevo, které dosahuje velké únosnosti a umožňuje překlenout velká rozpětí (Straka, 2009). V porovnání s masivním dřevem vykazuje větší rozměrovou a tvarovou stálost, lepší požární vlastnosti a pohledovou kvalitu (Taros, 2012).

Díky uvedeným přednostem dřeva a dřevěných konstrukcí se v současné době nejen v České republice stále častěji setkáváme s dřevěnými lávkami i mosty. Konstrukce lávky se obecně liší od konstrukce mostu zejména v uvažovaném zatížení. Zatímco mosty jsou zpravidla dimenzovány na přenášení nahodilých zatížení od motorových vozidel, lávky, přednostně využívané chodci a cyklisty, jsou jen výjimečně určené pro udržovací a záchranná vozidla, a tudíž se dimenzují na podstatně menší nahodilé zatížení. Lávek se hojně využívá k přemostění silnic a dálnic, vodních toků a také pro překonání různých překážek v lesích a lesoparcích.

Důležitým kritériem návrhu je výběr materiálu pro konstrukci lávky, vhodných spojovacích prostředků a způsobu ochrany dřeva. Všechna tato kritéria byla uvažována v návrhu konstrukce dřevěné lávky, včetně vytvoření potřebné dokumentace objektu ve formě architektonické studie a projektové dokumentace s technickými zprávami, výkresovou dokumentací, statickými výpočty a vizualizacemi, které se stávají nevyhnutelnou součástí dokládané dokumentace ve schvalovacích procesech stavebních úřadů.

METODIKA
V minulosti se v zásadě používalo především rostlé dřevo a tesařské spoje, případně klíny, kolíky či objímky. Dimenzování konstrukčních prvků probíhalo na základě zkušenosti stavitelů nebo podle jednoduchých empirických vztahů (Dutko, 1966). V současné době se můžeme setkat se širokou škálou používaných materiálů. Jedná se o rostlé dřevo, lepené rostlé dřevo, lepené lamelové dřevo, konstrukční dřevo nebo kompozitní materiály (Koželouh, 1998). Mezi nejvýraznější rysy patří přesné tvarové provedení, rozměrová stabilita, kvalitní povrch a třídy pevnosti podle harmonizovaných norem, což umožňuje standardizovat návrh vhodnými stavebními prvky s libovolnými tvary a umístěním nosníků. Spoje současných dřevěných konstrukcí jsou provedeny lepením, tesařskými spoji a nejčastěji pomocí spojovacích ocelových prostředků jako jsou hřebíky, svorníky, vruty, desky s prolisovanými trny, hmoždíky, spojovací plechy atd. (Kuklík, 2005). V současnosti se můžeme setkat s různými typy konstrukcí lávek a mostů, jejich kombinacemi a modifikacemi. Mezi nejrozšířenější konstrukce patří oblouková, trámová, zavěšená a visutá konstrukce (obr. 1).

Stěžejním bodem návrhu lávky bylo stanovení konkrétní lokality pro její výstavbu. Jako území pro umístění lávky byla zvolena oblast v blízkém okolí Karlových Varů (obr. 2). Jedná se o přírodní lokalitu Hubertus na břehu řeky Ohře. Propojení obou břehů zde výrazně usnadní provoz vodáckého tábořiště a umožní napojení plánovaného úseku karlovarské cyklostezky na parkovací plochu, komunikaci vedoucí z Karlových Varů a penzion s restaurací Hubertus. Lávka bude mít v rámci daného území široké uplatnění a bude určena pro potřeby pěších, cyklistů a vodáků.

ARCHITEKTONICKÝ NÁVRH
Určujícím faktorem pro volbu typu konstrukce se ukázala relativně velká vzdálenost obou břehů řeky Ohře – okolo 40 m. Další faktory vyplynuly ze stavebně technických požadavků Stavebního úřadu v Karlových Varech. Jednalo se zejména o dodržení ochranných pásem, záplavového území a využití daného území. Další podmínky byly stanoveny Povodím Ohře, ze kterých vyplynulo doporučení umístit podpěry lávky mimo koryto řeky. Nejvýznamnějším požadavkem byla nutnost postupovat podle normy ČSN 73 6201 (2008), která požaduje navrhnout nejnižší bod lávky 0,5 m nad hladinou návrhového průtoku řeky. Dle normy byla jako určující stanovena hladina padesátileté vody, jejíž konkrétní hodnota byla stanovena podle povodňového modelu řeky Ohře. Dalšími faktory ovlivňující návrh konstrukce jsou působící zatížení, provoz lávky, tvar terénu či přírodní ráz lokality. Na základě těchto podmínek byla zvolena visutá konstrukce lávky s výztužnými nosníky a spodní mostovkou (obr. 3), která umožňuje překlenout velké rozpětí a přitom si zachovává malou stavební výšku. Stavební výška je rozdíl mezi niveletou (pomyslná čára udávající výškové poměry a sklon komunikace) a nejnižším bodem nosné konstrukce (ČSN 73 6200, 2011). Spodní mostovka zaručuje nejnižší možný výškový rozdíl nutný pro překonání výšky mezi niveletou lávky a terénem.

Při volbě materiálu bylo vzato v úvahu, že se jedná o nechráněnou konstrukci lávky umístěnou v exteriéru. Na lávku působí biotičtí i abiotičtí činitelé. Na základě těchto podmínek byly zvoleny trvanlivé materiály, a to jak na hlavní nosné prvky (pylony, příhradové nosníky) kde je použito modřínové lepené lamelové dřevo třídy GL24h, tak i na zbývající prvky, kde je použito modřínové rostlé dřevo C24. Pochozí vrstva mostovky je navržena z dubového rostlého dřeva třídy pevnosti D30.

Z hlediska provozu je lávka navržena na obousměrný provoz cyklistů. Základní šířka jízdního pruhu pro cyklisty je 1,00 m. Volná výška nad komunikací pro cyklisty je nejméně 2,50 m (Bartoš, 2006). Norma ČSN 73 6201 (2008) uvádí jako minimální šířku trvalých lávek 2,00 m a minimální volnou výšku 2,50 m. Vzhledem k předpokládanému oboustrannému provozu byla zvolena šířka lávky 2,00 m (obr. 4).

Lávka je opatřena zvýšeným zábradlím o výšce 1 300 mm z důvodu využívání lávky cyklisty (Stráský, 2005). Pro zvýšení komfortu chodců je zábradlí opatřeno dřevěným dubovým madlem ve výšce 900 mm o rozměrech 50 × 70 mm.

Na obou koncích lávky se nachází rampy navržené ve sklonu, který je vhodný pro užívání cyklisty. Jedná se o samostatný prvek, nezávislý na lávce. Rampy vedou od krajních polí lávky až na přilehlou úroveň terénu. Jde o zpevněný podklad – zhutněný štěrkopísek, který je opatřen zábradlím ve výšce 1 300 mm. Rampa na levém břehu řeky je navržena i se schody, ty vedou směrem k parkovací ploše. Zároveň je ale rampa sjízdná i na kole, navazuje totiž na zpevněnou komunikaci, která vede pod konstrukcí lávky a stáčí se k parkovací ploše.

KONSTRUKČNÍ NÁVRH
Lávka je navržena jako visutá konstrukce s výztužnými příhradovými nosníky a spodní mostovkou. Jedná se o poměrně subtilní konstrukci, která kombinuje využití dřeva a ocelových lan se závěsy (obr. 5). Samotná konstrukce je rozdělena do tří polí, které jsou od sebe navzájem oddilatovány v místech pylonů. Konstrukce tohoto
typu lávky spočívá ve dvou dřevěných pylonech (umístěných na betonových podpěrách), které nesou ocelové nosné lano. Na nosném laně jsou pravidelně upevněny ocelové tyčové závěsy nesoucí mostovku lávky. Mostovka je tvořena příčnými a podélnými nosníky a pochozí vrstvou tvořenou fošnami. Na mostovce jsou umístěny příhradové nosníky, které ztužují konstrukci lávky v podélném směru. V příčném směru je lávka ztužena vodorovným zavětrováním umístěným mezi příčnými nosníky. Jako spojovací prvky jsou použity zejména vruty, svorníky, spojovací plechy s kolíky a úhelníky.

OCHRANA DŘEVĚNÝCH PRVKŮ
V rámci ochrany dřevěných prvků bylo přistoupeno v první řadě k ochraně konstrukční. Ta spočívá zejména ve správné volbě odolných materiálů – lepeného lamelové dřeva a rostlého modřínového a dubového dřeva. Dub a modřín jsou ve vodním stavitelství nejčastěji používané a nejvhodnější dřeviny (Studnička a Medřický, 1993) a spadají do skupiny dřevin s relativně vyšší trvanlivostí. Dalším krokem konstrukční ochrany bylo zamezení kontaktu dřeva s vodní hladinou a zeminou použitím vhodných ocelových kotevních prvků.

Další použité způsoby konstrukční ochrany:

• Návrh úkosů na horních plochách nosníků (horní pás příhradového nosníku je symetricky zkosený z důvodu, aby se na horní ploše neudržovala voda).
• Oplechování prvků (čelní plocha stojky pylonu je opatřena ochranným prvkem, který tvoří sedlo pro nosná lana).
• Ochrana nosných prvků pochozí vrstvou mostovky (dubové fošny tvoří částečnou ochranu pro podélné a příčné nosníky).
• Mezery mezi prvky k zajištění cirkulace vzduchu a tvarových změn (mezery mezi dubovými fošnami, mezery mezi fošnami a příhradovým nosníkem).
• Montování prvků s takovou vlhkostí, která odpovídá rovnovážné vlhkosti dřeva v daném prostředí (zamezení vzniku výrazné deformace).

Dále byla navržena dodatečná chemická ochrana dle normy ČSN EN 335 (2013). Zvolenou chemickou ochranou dřeva je impregnační prostředek Lignofix Stabil. Jedná se o bezbarvou či hnědou viskózní kapalinu a preventivní ochranu proti houbám, plísním a hmyzu s parametry vyhovujícími požadavkům normy – účinnost FB, P, B, IP, 1, 2, 3, SP a nevyluhovatelnost (Lignofix, 2014). Na rostlé modřínové dřevo bude aplikována tlakovou impregnací a na dubové a lepené lamelové dřevo bude aplikována nátěrem. Jako krycí nátěr bude na všechny dřevěné prvky použita tenkovrstvá lazura Remmers HK Lasur – odstín modřín. Jedná se o tenkovrstvou impregnační lazuru určenou pro vnější použití (Remmers, 2014).

Požární ochrana lávky není řešena žádnou dodatečnou ochranou ve formě nátěru ani konstrukčního opatření. Dostatečná požární odolnost je zajištěna hodnotami požární odolnosti jednotlivých konstrukčních prvků. Příhradové nosníky a pylony jsou navrženy z lepeného lamelového dřeva, které se vyznačuje dobrými požárními vlastnostmi. Ocelové spoje jsou nejslabším místem konstrukce z hlediska požární ochrany, ale i tak se dají v případě lávky považovat za dostačující. Lepidla pro konstrukční účely by měla zaručovat spoje takové pevnosti a trvanlivosti, aby byla zachována celistvost spoje po dobu požární odolnosti (ČSN EN 1995-1-2, 2006).

STATICKÝ NÁVRH
Ze statického hlediska byla nejdříve stanovena působící zatížení a jejich třída trvání. Uvažovaná zatížení jsou vlastní tíha (stálé zatížení), zatížení lávky dopravou (krátkodobé zatížení) – rovnoměrné zatížení 5 kN/m² a lokální zatížení 2 kN na ploše 0,1 × 0,1 m². Dle národního aplikačního dokumentu lze uvažovat redukci zatížení podle čl. 5.3.2.1 na q_k = 3,7 kN/m² (pouze pro globální posouzení celé lávky, ne pro jednotlivé konstrukční prvky) a také zatížení bočním větrem (krátkodobé zatížení).

Při výpočtech jednotlivých prvků mostovky byl uvažován princip geometrické linearity (pochozí vrstva, podélníky a příčníky). Při výpočtu vnitřních sil na globálním modelu lávky (provedeno ve statickém programu IDA Nexis) byla předpokládána geometrická nelinearita konstrukce. To znamená, že výpočet vnitřních sil se uvažuje na deformované konstrukci (neplatí princip superpozice). Při globálním statickém posouzení konstrukce lávky byly následně stanoveny různé zatěžovací stavy. Konstrukce lávky byla zatříděna do 3. třídy provozu, která se vyznačuje vyšším obsahem vlhkosti než ve třídě 2 (obsah větší než 20 %); kryté konstrukce se pouze výjimečně zařazují do třídy 3. Následně byly na jednotlivých konstrukčních prvcích spočítány vnitřní síly.

Jednotlivé konstrukční prvky lávky a celková konstrukce byly posouzeny pomocí metody mezních stavů. Jedná se o mezní stav únosnosti a použitelnosti. Toto ověření spolehlivosti dřevěných konstrukcí je založeno na metodě dílčích součinitelů zatížení a materiálů (Kuklík, 2005). Základním principem metody dílčích součinitelů je snížení pravděpodobnosti překročení mezního stavu únosnosti pomocí úpravy charakteristických hodnot dílčími součiniteli spolehlivosti, tedy zavedením návrhových hodnot. Charakteristické hodnoty základních veličin (zatížení, geometrické a materiálové vlastnosti) jsou odvozeny ze statistických charakteristik. Ve výsledku jsou pak při navrhování dřevěných prvků pro stálá zatížení používány asi 60 % hodnoty pevnosti dřeva (Kuklík, 2005). Při navrhování a posuzování spolehlivosti dřevěných konstrukčních prvků musí každý prvek vyhovovat základní obecné podmínce:

S_d < R_d [1]

R_d – návrhová hodnota odolnosti konstrukce;
S_d – návrhová hodnota účinku zatížení.

VLIV POUŽITÉHO MATERIÁLU
Druh použitého materiálu ovlivňuje řadu vlastností konstrukce lávky, zejména však její životnost a mechanické vlastnosti.

Z hlediska životnosti konstrukce má druh a kvalita použitého druhu materiálu zásadní vliv. Byla zvolena konstrukce z trvanlivých materiálů a byla navržena konstrukční i chemická ochrana dřeva. Dalším významným předpokladem dlouhé životnosti je pravidelná roční prohlídka, případně provedení okamžité opravy poškozených prvků. Běžná prohlídka lávky je prováděna jednou ročně (kontrola nátěrů, spojů, konstrukčních prvků atd.). Po výstavbě lávky proběhne první hlavní prohlídka nutná pro kolaudaci stavby, kdy se konstrukce zatřídí podle příslušné normy do určitého stavebního stavu a na základě toho se stanoví interval opakování hlavních prohlídek. Hlavní prohlídky vykonává oprávněná fyzická osoba (držitel Oprávnění k výkonu mostních prohlídek udělené Ministerstvem dopravy ČR). V případě dodržování těchto zásad je navrhovaná doba životnosti lávky stanovena na 40 až 50 let.

Na únosnost a použitelnost konstrukce mají obecně největší vliv mechanické vlastnosti použitých dřevin. Z tohoto hlediska má nejzásadnější vliv výběr pevnostní třídy použitého materiálu. Hájek (1997) uvádí, že zkouškami bylo prokázáno, že největší únosnosti (při stejném plošném průřezu) dosahuje prvek o průřezu v poměru 5:7 a letokruhy téměř kolmými k užší straně (obr. 6). Na pevnost dřeva má také vliv doba trvání zatížení a vlhkost dřeva, což bylo uvažováno při statickém výpočtu.

Zvolený druh materiálu má vliv na celkový vzhled konstrukce. Záleží také na zvolené povrchové úpravě a na působících činitelích.

Při výčtu všech aspektů, na které má vliv výběr dřeviny, je samozřejmě nutno uvážit i ekonomické zhodnocení návrhu lávky. Dutko (1966) uvádí zjednodušené porovnání cen mostů z jednotlivých materiálů: dřevěný most – 1, kovový most – 1,5, železobetonový most – 3,1. Pro odhad ceny lávky byl vytvořen zjednodušený soupis materiálu a konstrukcí pomocí sdružených položek, to znamená, že do jednotné ceny za měrné jednotky jsou započítané další položky pro finální podobu, jako je montáž prvků, povrchová úprava atd. Ceny byly převzaty z ceníků výrobců a z oborového třídníku stavebních konstrukcí a prací staveb pozemních komunikací (RSD, 2014).

ZÁVĚR
Na základě teoretických poznatků byla navržena vhodná dřevěná konstrukce lávky pro konkrétní vybranou lokalitu (obr. 7). Účelem bylo demonstrovat vyhovující mechanické vlastnosti dřeva jako konstrukčního materiálu a dospět k návrhu, který bude vyvážený po architektonické, konstrukční a statické stránce. Byly prokázány vhodné vlastnosti použitých prvků, které při relativně malých rozměrech dosahují vysokých pevnostních parametrů. Zároveň se ukázalo, že dřevo je materiál použitelný i pro lávky s poměrně velkým rozpětím.

Záměrem projektu je poukázat na to, že dřevěné konstrukce jsou v dnešní době ideálním řešením zejména pro podobné lokality spjaté s přírodou a dalšími např. sportovními činnostmi. V současnosti je trendem propojovat regiony a napojovat městskou infrastrukturu na příměstské oblasti pomocí stezek, a to s ohledem na hospodárnost a moderní vzhled. A právě dřevěné konstrukce lze z hlediska výstavby považovat za finančně a časově nenáročné, navíc ekologicky odbouratelné a zachovávající ráz přírodních lokalit.

Návrh byl zpracován jako diplomová práce na Fakultě lesnické a dřevařské ČZU pod vedením Ing. Martina Svitáka, Ph.D. a ve spolupráci s projekční kanceláří Pontika.

ZDROJE INFORMACÍ:

• BARTOŠ, Luděk. Navrhování komunikací pro cyklisty: TP [technické podmínky] 179 [online]. Mariánské Lázně: Koura, 2006, 112 s. [cit. 2014-02-24]. ISBN 80-902-5273-7. Dostupné z: http://www.pjpk.cz/TP%20179.pdf 
• DUTKO, Pavel et al. Drevené konštrukcie. Bratislava: SVTL, 1966, 308 s. DT 624.011.1.
• HÁJEK, Václav. Stavíme ze dřeva. Praha: Sobotáles, 1997, 153 s. ISBN 80-859-2044-1.
• KOŽELOUH, Bohumil. Dřevěné konstrukce podle Eurokódu 5: STEP 1 navrhování a konstrukční materiály. Zlín: KODR, 1998, 1 svazek v různém stránkování. Autorizovaný překlad z originálního anglického vydání „Timber Engineering STEP 1“. ISBN 80-238-2620-4.
• KUKLÍK, Petr. Dřevěné konstrukce. Praha: ČKAIT, 2005, 172 s. ISBN 80-86768-72-0.
• Kuklík, P. 2001. Dřevěné konstrukce 10. Praha: ČVUT v Praze, 2001, pp. 141. ISBN 80-01-01748-6.
• STRAKA, B.; ŠMAK, M., Některé možnosti využití lepeného dřeva ve stavebních konstrukcích, příspěvek na konferenci Dřevostavby 2009, ISBN 978-80-86837-21-5, VOŠ Volyně, Volyně, 2009
• STRÁSKÝ, Jiří. Stress ribbon and cable-supported pedestrian bridges. 1st ed. London: Thomas Telford, 2005, 232 s. ISBN 07-277-3282-X.
• STUDNIČKA, Jiří a Vladimír MEDŘICKÝ. Kovové a dřevěné konstrukce. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1993, 202 s. ISBN 80-010-0984-X.
• ČSN 73 6200. Mosty – Terminologie a třídění. Praha: ÚNMZ, 2011, 48 s.
• ČSN 73 6201. Projektování mostních objektů. Praha: Český normalizační institut, 2008, 76 s.
• ČSN EN 335. Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Třídy použití: definice, aplikace na rostlé dřevo a na výrobky na bázi dřeva. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013, 20 s.
• ČSN EN 1995-1-1. Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí: Část 1-1: Obecná pravidla – Společná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut, 2006, 114 s.
• ČSN EN 1995-1-2. Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí: Část 1-2: Obecná pravidla - Navrhování konstrukcí na účinky požáru. Praha: Český normalizační institut, 2006, 68 s.
• ČSN EN 1995-2. Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí: Část 2: Mosty. Praha: Český normalizační institut, 2006, 32 s.
• LIGNOFIX. Lignofix Stabil [online]. [cit. 2014-04-14]. Dostupné z: http://www.lignofix-morava.cz/Lignofix-Stabil-bezbarvy-40-kg
• MAPS. Google maps: Hubertus [online]. [cit. 2014-04-16]. Dostupné z: https://www.google.cz/ maps/@50.2375565,12.9292274,145m/data=!3m1!1e3
• REMMERS. HK Lasur [online]. [cit. 2014-04-14]. Dostupné z: http://www.remmers.cz/ maloobchod/lazury-na-drevo-exterier/hk-lasur.htm
• RSD. OTSKP-SPK: oborový třídník stavebních konstrukcí a prací staveb pozemních komunikací. In: Ředitelství silnic a dálnic [online]. 2014 [cit. 2014-03-27]. Dostupné z:http://www.rsd.cz/technicke-predpisy/otskp-spk
• TAROS. Taros Nova [online]. [cit. 2014-07-16]. Dostupné z: http://www.taros-nova.cz/lepene-lamelove-drevo-drevene-konstrukce

Design of Timber Footbridge
The objective of this paper is a design of a timber footbridge suitable from the architectural, structural and static point of view. The footbridge is situated in a particular locality of Hubertus near Karlovy Vary and connected with future bicycle path on the left bank of the river Ohře, country house hotel and camping site. After assessing all the conditions and requirements attached to this locality the suspension timber footbridge with stiffening trusses had been designed. Glued laminated timber was chosen as a material for pylons and trusses. Larch timber was used for the fabrication of all other remaining wooden components with the exeption of the upper layer bridge deck and handrail for which the resilient oak timber was chosen. The designed construction was structuraly checked using the method of limit states. Special attention was paid to the selection of suitable construction material and wood protection to increase durability of the construction. The architectural study of footbridge construction was carried out, the documentation for common area management and planning permission according to regulation No. 62/2013 was elaborated on its bases. The design of timber bridge was carried out according to valid European standards.

Autor

• Ing. Oberhofnerová Eliška